​青大郭向欣AFM：原位转化反应引发亲锂合金@反钙钵矿杂化层和稳定的理/石榴石界面

石榴石型电解质具有优异的离子电导率和对锂金属的高(电)化学稳定性，在固态锂电池领域具有广阔的应用前景，但石榴石中锂枝晶生长甚至渗透的关键问题限制了其实际应用。

在此， 青岛大学郭向欣教授团队通过BiOCl与Li金属的转化反应，在Li/Li_6.75La₃Zr_1.75Ta_0.25O₁₂界面原位构建了由Li₃Bi合金嵌套在反钙钛矿型Li₃OCl基体中的杂化层。这种中间层的亲锂性使石榴石与锂金属紧密接触，保证界面电阻显著降低至27 Ω cm²。

此外，内部具有电子导电性的Li₃Bi纳米颗粒使界面电位分布均匀化，而外部具有5.06 eV带隙的Li₃OCl离子导电性基质则阻止了电子从Li体中隧穿。得益于这种协同效应，锂对称电池显示出1.1 mA cm^-2的高临界电流密度，以及0.5 mA cm^-2的超长循环寿命1000小时。

图1. DFT计算

总之，该工作利用BiOCl对Li的原位转化反应，在LLZTO和Li金属负极之间形成Li₃Bi@Li₃OCl杂化层。DFT计算和实验结果表明，低界面能与杂化层的亲锂性质有关，保证了Li/LLZTO的无缝接触，界面阻力大大降低，为27 Ω cm²。同时，Li₃Bi纳米颗粒以5.06 eV的带隙不连续分散在Li₃OCl基体中，可以有效抑制Li体的电子隧穿，抑制Li/LLZTO界面或晶界处的Li成核。基于此，LLZTO与锂金属的相容性大大增强，实现了1.1 mA cm⁻²的高临界电流密度，以及相应的锂对称电池在0.5 mA cm⁻²下延长了1000小时的循环寿命。

此外，基于LLZTO的固体NCM/Li电池在30°C下循环150次后，容量保持率高达82%。因此，这种原位自发转换策略构建具有亲锂和离子导电/电子阻隔性质的中间层，在增强石榴石对锂金属的相容性方面具有光明的前景。

图2. 电池性能

In Situ Conversion Reaction Triggered Alloy@Antiperovskite Hybrid Layers for Lithiophilic and Robust Lithium/Garnet Interfaces Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202307701